Entdeckung der 150-jährigen Geschichte der japanischen Biergerstenzucht
Forscher nutzen DNA-Technologie, um Spuren von Züchtungsbemühungen in den Genomen moderner japanischer Elitegerstensorten zu finden
Gerste ist ein Grundnahrungsmittel mit mehreren Verwendungszwecken: Sie dient als Nahrungsquelle, als Viehfutter und als Zutat für die Malzbrauerei. Ursprünglich vor etwa 2.000 Jahren aus China und von der koreanischen Halbinsel verbreitet, wurden alle japanischen Gerstensorten bis in die 1880er Jahre als sechsreihige Sorten für die menschliche Ernährung angebaut. Nach der kulturellen Aufklärung in der Meiji-Zeit musste Japan eine eigene Brauerei aufbauen. Um Rohstoffe für die aufstrebende Bierindustrie zu liefern, wurden zweizeilige Biergerstensorten aus dem Westen als genetische Ressourcen eingeführt. Es wurde mit der Züchtung neuer Biergerstensorten begonnen, um sich an das raue Klima und die endemischen Krankheiten in Japan anzupassen.
In letzter Zeit hat das Gerstengelbmosaikvirus (BaYMV) die Gerstenkulturen in Japan verwüstet. Die meisten japanischen sechsreihigen Gerstensorten sind entweder resistent oder mäßig resistent gegen BaYMV. Leider sind die neu eingeführten westlichen zweireihigen Sorten sehr anfällig für diese Krankheit.
Gene, die eine Resistenz gegen BaYMV vermitteln, wie z.B. Resistenz gegen Gelbmosaik 5 (rym5) und rym3, wurden routinemäßig zur Züchtung BaYMV-resistenter Gerstensorten eingesetzt. Solche Sorten sind auch wirtschaftlich für den Anbau geeignet und haben akzeptable Malzqualitäten. Es kamen jedoch Bedenken auf, dass die intensive Züchtung von BaYMV-resistenten zweizeiligen Braugerstensorten deren genetische Vielfalt verringert haben könnte.
Um die Vielfalt von zwei eng verwandten modernen japanischen Braugerstensorten, 'Sukai Golden' und 'Sachiho Golden', zu bewerten, haben Professor Shin Taketa vom Institut für Pflanzenwissenschaften und Ressourcen der Universität Okayama und Dr. Keiichi Mochida von der Universität Okayama die genetische Vielfalt der Sorten untersucht. Keiichi Mochida vom RIKEN Center for Sustainable Resource Science analysierten zusammen mit Professor Shunsuke Yajima vom NODAI Genome Research Center der Universität für Landwirtschaft in Tokio, Dr. Hidekazu Takahashi von der Universität für Lebensmittel- und Agrarwissenschaften in Fukushima und Dr. Toshinori Sotome von der landwirtschaftlichen Versuchsstation der Präfektur Tochigi die Genexpression und Einzel-Nukleotid-Polymorphismen (SNPs) durch Sequenzierung der RNA von 20 Tage alten unreifen Samen. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden am 28. Oktober 2023 online in Breeding Science veröffentlicht.
Die RNA-Sequenzierung ist eine wirksame Methode, um schnell vollständige Genexpressionsprofile und genomweite Daten über SNPs zu erhalten. SNPs sind Einzelbasen-Varianten in der DNA, die manchmal der Grund für Unterschiede in der Krankheitsanfälligkeit zwischen Populationen sein können.
Ihre Analysen zeigten, dass diese beiden japanischen Sorten einzigartige und gegensätzliche Merkmale in Bezug auf die Malzqualität und BaYMV-Resistenzgene aufweisen. Insbesondere entdeckten die Forscher 2.419 Sukai Golden-spezifische und 3.058 Sachiho Golden-spezifische SNPs - eine hohe SNP-Anzahl im Vergleich zu den Genomsequenzen zweier Referenzsorten.
Prof. Taketa fügt zu ihren Ergebnissen hinzu: "Diese Studie hat wichtige Spuren der japanischen Gerstenverbesserung in den Genomen von zwei hochwertigen modernen Sorten entdeckt. Die japanische Biergerstenzucht begann vor etwa 150 Jahren mit der Einführung westlicher Qualitätsbiergerste. Das heiße und feuchte japanische Klima und die vom Boden übertragenen Viruskrankheiten behinderten die Entwicklung einer für Japan geeigneten Biergerste. Westliche Biergerstensorten mussten zwangsläufig mit virusresistenter ostasiatischer Gerste gekreuzt werden, obwohl letztere unerwünschte Eigenschaften für die Brauqualität aufwies. Das Gleichgewicht zwischen der Resistenz gegen Viruskrankheiten und der Malzqualität war äußerst schwierig. "
Bei 'Sukai Golden' wurden zwei SNP-Cluster entdeckt, die den Einbau des BaYMV-Resistenzgens rym5 auf dem langen Arm von 3H bzw. des anthocyaninlosen Gens ant2 auf dem langen Arm von 2H zeigen.
Auch das Resistenzgen rym3 von 'Haganemugi' wurde in der proximalen Region von 5H kartiert. Haplotyp-Analysen der Vorfahren der beiden modernen Malzsorten ergaben, dass dieses spezielle rym3-Gen unabhängig in 'Sukai Golden' und 'Sachiho Golden' eingeführt wurde.
Diese Studie der Transkriptome unreifer Samen von zwei japanischen Elite-Malzgerstensorten könnte wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung der Samenqualität und der Resistenz gegen BaYMV liefern. Prof. Taketa schlussfolgert: "Wir wissen, dass die wiederholte Kreuzung und strenge Selektion der Gerstensorten eine Anpassung an das raue japanische landwirtschaftliche Umfeld ermöglichte. Auf diese Weise wurden in den letzten 150 Jahren moderne japanische Biergerstensorten von hoher Qualität entwickelt, die sich dank der intensiven Bemühungen öffentlicher und privater Züchter auch in Zukunft weiterentwickeln werden."
Zusammenfassend unterstreicht diese Studie die zentrale Rolle der Gerstenforschung, wenn es darum geht, langfristig wirksame Maßnahmen vorzuschlagen, die verhindern, dass die Resistenzgene der Gerste gegen die verschiedenen Virusstämme unwirksam werden. Pflanzengenetiker sollten wirksame Strategien für die dauerhafte Nutzung der begrenzten Virusresistenzgenquellen entwickeln.
A: Nahaufnahmen eines einzelnen Gerstenblattes. A-1: Gelbmosaikvirus-befallenes Blatt mit offensichtlich gelblichem Mosaiksymptom, A-2: Resistente Akzession mit grünem und gesundem Blatt. B: Bilder ganzer Pflanzen. B-1: Stark befallene Akzession zeigt starke Vergilbung und Welke - der entsprechende Ertrag und die Qualität verschlechtern sich. B-2: Resistente Sorte mit gesunden grünen Blättern.
Professor Shin Taketa from Okayama University
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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